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一、 技術原理
螺桿膨脹機組發(fā)電系統(tǒng)主要是通過螺桿膨脹機回收余熱蒸汽、熱水、熱液及煙氣余熱拖動發(fā)電機發(fā)電的余熱余能利用技術。按照低熱值熱源是否直接驅(qū)動螺桿膨脹機做功，可以將螺桿膨脹機組發(fā)電系統(tǒng)分為常規(guī)循環(huán)系統(tǒng)與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
1、常規(guī)循環(huán)系統(tǒng)
常規(guī)循環(huán)系統(tǒng)又稱單循環(huán)系統(tǒng)，是將含熱流體直接引入螺桿膨脹機機組，由其推動主機膨脹作功，該類型系統(tǒng)較為簡單，適用于高溫高壓流體的能量回收。受膨脹能力限制，直接驅(qū)動螺桿膨脹動力機的熱源應用范圍為低于300℃的0.15~3.0MPa的蒸汽或壓力0.8MPa以上、高于170℃的熱水等。
2、有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)
有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)又稱雙循環(huán)系統(tǒng)，是將工質(zhì)與含熱流體進行熱交換之后，將氣態(tài)的工質(zhì)引入螺桿膨脹機主機，推動主機膨脹做功。對小于的0.1MPa的蒸汽或壓力0.8MPa以下、高于85℃的熱水可以采用二次循環(huán)有機工質(zhì)螺桿膨脹機系統(tǒng)進行余熱回收。而對200℃以上的煙氣可采用配余熱鍋爐的螺桿膨脹機組進行余熱回收。
在工程應用中，有機朗肯循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電站系統(tǒng)通過工質(zhì)泵將低壓液態(tài)有機工質(zhì)增壓，利用蒸發(fā)器吸收工質(zhì)熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏赫魵?，高溫高壓蒸氣再推動螺桿膨脹機做功，產(chǎn)生能量輸出，膨脹機出口的低壓蒸氣進入冷凝器，向低溫熱源放熱并冷凝為液態(tài)，如此往復循環(huán)。
二、技術特點
螺桿膨脹機作為螺桿膨脹機組發(fā)電系統(tǒng)的主要設備，主要零部件較少，運行維護費用很低，運行時無需盤車、暖機，且不會飛車，可以直接沖轉(zhuǎn)啟動，操作簡單，可實現(xiàn)無人職守，很適合工礦企業(yè)使用。不僅如此，螺桿膨脹機還適用于高鹽份的強堿流體，機體本身能除垢自潔，因而對余熱流體品質(zhì)要求不高，進一步擴大了應用范圍。
相比于汽輪機只能適用于蒸汽流量和參數(shù)相對穩(wěn)定的過熱蒸汽、干凈蒸汽等熱源，螺桿膨脹機組發(fā)電系統(tǒng)適用于過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽液兩相混合物、煙氣、含污熱水、熱液體等不同種類的工業(yè)余熱，當余熱熱源參數(shù)(壓力、流量等)變化明顯時，機組效率仍能保持相對穩(wěn)定。實際應用中，螺桿膨脹機組發(fā)電系統(tǒng)一般用于300℃以下的熱源，余熱規(guī)模較小的場合。當熱源溫度在200℃左右時，其熱功轉(zhuǎn)化效率(系統(tǒng)對外輸出機械能與低溫熱源所含熱能的比例)可達15%左右，如果品質(zhì)更低一點，熱功轉(zhuǎn)化效率可達8%~13%.
目前，螺桿膨脹機發(fā)電系統(tǒng)憑借不挑食、不復雜、占地少、施工量小、性價比高等技術優(yōu)勢，獲得了一定的市場空間，大量應用于石油、化工、冶金、鋼鐵、水泥、造紙、印染等領域。雖然利用螺桿膨脹機組回收余熱發(fā)電擁有廣闊的市場空間，但實際發(fā)展情況并不樂觀。究其原因主要是受膨脹能力限制，單機功率一般不高，用戶無法綜合衡量節(jié)能效果。此外，行業(yè)準入技術門檻不高，行業(yè)企業(yè)競爭激烈，沒有統(tǒng)一發(fā)展規(guī)劃和標準等因素也對其發(fā)展造成了一定影響。
為實現(xiàn)國家節(jié)能減排的長遠規(guī)劃，螺桿膨脹機余熱余能利用技術通過找準市場定位，建立規(guī)范的行業(yè)秩序，制定統(tǒng)一的標準等措施，能夠成為繼微型燃氣發(fā)電系統(tǒng)、往復式內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)之后的又一種重要的余熱余能利用方式。
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